Поиски истины

      Графики Фейнмана (диаграммы) - способ получать соотношения между величинами с помощью рисунков, которые иллюстрируют рассматриваемые процессы и расшифровываются в конце работы (Р. Фейнман, 1949).
      Дальнодействие - представление, согласно которому действие тел друг на друга передается на расстоянии без участия среды.
      Дирака уравнение - квантовомеханическое уравнение, описывающее частицы со спином 1/2 - электроны, позитроны, мюоны, кварки, удовлетворяющее требованиям теории относительности (П. Дирак, 1928).
      Дифракция - отклонение световых лучей при прохождении мимо препятствия, обусловленное волновой природой света.

      230
      Длина волны - расстояние между волновыми гребнями волнового процесса.
      Дополнительности принцип - необходимость описывать свойства квантовых объектов на классическом языке измерительных приборов приводит ко многим парадоксам. Согласно принципу дополнительности, сформулированному Нильсом Бором (1927), разрешение этих парадоксов - в дополнительности классического описания и квантовых свойств микрообъектов. В зависимости от условий измерений электрон выступает либо как волна, либо как частица. Определение траектории частицы маскирует ее волновые свойства. Опыт, проявляющий интерференцию, оставляет неопределенной траекторию. Классическое описание и волновые свойства дополнительны друг другу.
      Дуализм волн-частиц - см. «корпуокулярно-волновой дуализм».
      Законы сохранения - некоторые физические величины не изменяются с течением времени при различных процессах - закон сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда…
      Зарядово-зеркальная симметрия - инвариантность законов природы относительно зеркального отражения и одновременного изменения зарядов на обратные.
      Зеркальная симметрия - приближенная инвариантность большинства законов природы относительно зеркального отражения. Грубое нарушение этой симметрии происходит только при переходах, вызванных слабыми взаимодействиями. При химических превращениях, когда возникают зеркально асимметричные молекулы, как правая и левая рука, число образующихся правых молекул равняется числу левых.
      Изоспин (изотопический спин) - внутренняя характеристика адронов, определяющая число частиц п с близкими свойствами: п = 21+1, где I ¦- изоспин.
      Изотопическая инвариантность сильных взаимодействий - независимость сильных взаимодействий от электрического заряда частиц, имеющих заданный изотопический спин.
      Изотропность пространства - независимость свойств пространства от направления.
      Импульс - см. «количество движения».
      Инвариантность - неизменность величины при изменении физических условий или при каких-либо преобразованиях, например при преобразованиях координат и времени при переходе от одной системы отсчета к другой.
      Интерференция - взаимодействие волн, идущих разными путями от одного источника. В местах, где фазы колебаний совпадают, происходит усиление колебаний, а там, где фазы противоположны, колебания поглощают друг друга.
      Калибровочная инвариантность - инвариантность электродинамических явлений при изменениях векторного потенциала, сохраняющих величину и направление электрического и магнитного полей в каждой точке. Это локальная симметрия, обеспечивающая, в частности, закон Кулона.
      Квант - порция энергии электромагнитного поля.
      Квантование вращения - применение квантовой механики к вращающемуся телу приводит к тому, что момент количества движения и его проекции на какую-либо ось могут изменяться дискретными порциями, равными п.
      231
      Квантовая механика (волновая механика) - теория, описывающая законы рассеяния и движения микрочастиц во внешних полях. Ее отличительные черты - вероятностный характер предсказания результатов некоторых измерений и дискретность возможных значений физических величин - энергии электрона в атоме, момента количества движения и его проекции на произвольное направление… Квантовая механика впервые позволила понять структуру атомов и их спектры, природу химической связи; объяснить периодическую систему элементов; позволила понять сверхпроводимость, сверхтекучесть… На ее основе строится теория атомного ядра.
      Квантовая электродинамика - квантовая теория электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами. Описывает все виды взаимодействия излучения с веществом и электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами.
      Квантовые числа - числа, характеризующие состояния или внутренние свойства частиц - момент, заряд, энергию…
      Кварки - частицы, из которых состоят адроны. Спин кварков 1/2, электрический заряд 2/3 и -1/3, барионный заряд 1/3. Мезоны состоят из кварка и аитикварка, а барионы - из трех кварков. Предполагается существование шести типов - ароматов - кварков н соответствующих антикварков. Каждая из этих частиц может находиться в одном из трех цветных состояний.
      К-мезоны (каоны) - частицы со странностью с нулевым спином и массой около 970 электронных. Имеются два заряженных и два нейтральных К-мезона.
      Количество движения (импульс) - мера механического движения, равная для материальной точки произведению ее массы на скорость, векторная величина, направленная так же, как и скорость точки.
      Коллапс звезды - катастрофически быстрое сжатие звезды под действием гравитационных сил.
      Кориолиса ускорение - ускорение, возникающее при переходе в систему координат, вращающуюся вместе с Землей.
      Корпускулярно-волновой дуализм - представление о том, что любые микрообъекты материи (фотоны, электроны, протоны, атомы и др.) обладают свойствами и частиц и волн. Квантовая механика снимает это противоречие. В зависимости от характера измерений проявляются либо те, либо другие свойства квантовых объектов.
      Лептоны - элементарные частицы со спином 1/2, не участвующие в сильном взаимодействии. Существуют три заряженных лепто-на: электрон е-, мюон ц- н тритон т- н три нейтральных: электронное нейтрино ve, мюониое нейтрино vu. н тау-нейтрино ч-..
      Лептонный заряд - если приписать лептоиам некоторое квантовое число - лептонный заряд, равный +1, а всем антилепто-нам - лептонный заряд, равный -1, то так определенный лептонный заряд сохраняется во всех известных процессах.
      Локальная симметрия - инвариантность законов природы относительно сдвигов, поворотов или других преобразований (см. «калибровочная инвариантность»), различных в разных пространственно-временных точках.
      Майкельсона опыт - доказал независимость скорости света от движения Земли (1881).
      Мезоны - адроны с целым спином, не имеющие барионного заряда (р-мезоны, К-мезоны, я-мезоны н др.), состоят из кварка и антикварка.
      Наблюдаемости принцип - принцип, согласно которому в науку нельзя вводить принципиально ненаблюдаемые величины.
      Нейтрино - стабильная незаряженная частица со спином 1/2, с нулевой или близкой к нулю массой, лептон, участвует только^ в слабых и гравитационном взаимодействиях, существует 3 типа нейтрино (см. «лептоны»).
      Нейтронная звезда - звезда, центральная часть которой состоит из нейтронов (см. «пульсары»).
      Неопределенности принцип - фундаментальный принцип квантовой теории, согласно которому некоторые («дополнительные») величины, например координата и импульс, не могут одновременно иметь определенные значения. Для координаты q и для импульса р произведение неопределенностей больше или равно 2яп (Гейзенберг, 1927).
      Неупругое рассеяние - процесс столкновения, при котором передается энергия, изменяется внутреннее состояние частиц, образуются новые частицы.
      Нуклон - общее название нейтрона и протона.
      Нулевые колебания - колебания координаты и скорости осциллятора в основном состоянии, колебания в вакууме полей, описывающих частицы (рождение и исчезновение виртуальных частиц).
      Основное состояние квантовомеханической системы - состояние с наименьшей энергией.
      Осциллятор - система, колеблющаяся около положения равновесия.
      Параметр порядка - величина, характеризующая изменение симметрии вещества до и после фазового перехода.
      Паули запрет (принцип) - две или более тождественные частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии (В. Паули, 1925).
      Период колебаний - наименьший промежуток времени, через который система возвращается к исходному состоянию.
      Пи-мезоны (пионы) - положительный, отрицательный и нейтральный адроны с нулевым спином и нулевой странностью, с массой около 270 электронных.
      Пионная конденсация - перестройка вакуума под действием электрического поля или в нуклонной среде с образованием дополнительного пионного поля - «конденсата».
      Пионная степень свободы - ветвь возбуждений ядра с квантовыми числами пиона.
      Планка постоянная - основная постоянная квантовой теории. Определяет возможные порции энергии осциллятора частоты а›: E=(n+l/2)ho) (h= 1,055- 10-" эрг-с).
      Планковская длина (Р) - длина, на которой квантовые нулевые колебания гравитационного поля полностью искажают евклидову геометрию (Р = 2-10-33 см).
      Потенциальная яма - область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне ее.
      Причинности принцип - принцип, согласно которому причина предшествует следствию.
      Пространства-времени симметрия - инвариантность явлений природы относительно сдвигов, поворотов и отражений в четырехмерном пространстве-времени.
      Пси-функция - см. «волновая функция».
      Пульсар - космический источник периодических импульсов
      (пульсаций) электромагнитного излучения. Отождествляется с нейтронной звездой, вращающейся с периодом пульсаций.
      Размерность - выражение, устанавливающее связь физической величины с величинами, положенными в основу физической системы единиц. Так, размерность скорости есть длина, деленная на время. Показывает, как изменяется величина прн изменении системы единиц. Независимость физических законов от выбора единиц измерения проявляется в том, что все слагаемые физических уравнений имеют одинаковую размерность.
      Расширение Вселенной - согласно космологической теории Эйнштейна Вселенная расширяется (решение А. Фридмана, 1922). Это предсказание подтвердилось астрономическими наблюдениями - звездные скопления разбегаются (Э. Хеббл, 1923) в результате взрыва сверхплотной материи, который произошел приблизительно 20 миллиардов лет назад. Особенно убедительное подтверждение эта картина получила после открытия реликтового излучения.
      Резонансы - адроны, которые могут распадаться за счет сильного взаимодействия и поэтому живут очень недолго: 10-22 - 10-21 с.
      Реликтовое излучение - электромагнитное излучение, оставшееся от того времени, когда Вселенная была сверхплотной, и охладившееся из-за расширения Вселенной.
      Рэлея-Джинса катастрофа - физический парадокс - применение статистической физики к стоячим электромагнитным волнам в ящике приводит к бесконечной энергии волн. Разрешение парадокса привело М. Планка (1900) к идее о скачкообразном изменении энергии осцилляторов, излучающих электромагнитные волны. Так впервые появилась величина h - постоянная Планка.
      Рэлея закон - интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны, благодаря чему голубые лучи рассеиваются сильнее, чем красные, что объясняет голубой цвет неба (1871).
      Сверхновые - внезапно вспыхивающие звезды с колоссальной энергией излучения. Сверхновые в течение нескольких месяцев излучают столько же энергии, сколько целая Галактика. Один из механизмов образования сверхновой состоит в том, что в результате гравитационного сжатия центральная часть звезды превращается в нейтронную звезду, а вещество внешних слоев выбрасывается со скоростью в несколько тысяч километров в секунду.
      Сверхпроводимость - возникает у некоторых металлов (сверхпроводников) при охлаждении их ниже критической температуры и состоит в обращении в нуль электрического сопротивления и в выталкивании магнитного поля из объема образца. Открыта X. Кам-мерлинг-Оннесом (1911).
      Сверхтекучесть - свойство квантовой жидкости протекать без внутреннего трения через узкие щели, капилляры и т. п.; связана с переходом части атомов жидкости в состояние с нулевым импульсом. Открыта П. Л. Капицей в жидком гелии (1937).
      Связанное состояние - например, частицы в потенциальной яме - состояние с энергией, меньшей, чем энергия покоящейся частицы вне ямы. Энергия, которую нужно сообщить частице, чтобы ее освободить, называется энергией связи.
      Сечение рассеяния - число рассеянных за единицу времени частиц, деленное на плотность падающего на мишень потока. Сечение рассеяния характеризует площадь, затененную рассеивающей частицей.
      Рассеяние - проходя через вещество, частицы рассеиваются атомами или ядрами среды. Взаимодействие частиц со средой характеризуется числом частиц, рассеянных под заданным углом, деленным на единицу падающего потока частиц. Зная число атомов в единице объема вещества, можно сосчитать сечение отдельного атома или ядра, соответствующее заданному углу рассеяния.
      Сильное взаимодействие - самое сильное из фундаментальных взаимодействий элементарных частиц, превосходит электромагнитное примерно в 100 раз, радиус действия 10-13 см. В сильном взаимодействии участвуют адроны.
      Симметрия - инвариантность физических объектов относительно каких-либо преобразований, например относительно сдвигов и поворотов системы координат.
      Скаляр - величина, не изменяющаяся при поворотах системы координат.
      Слабое взаимодействие - одно из фундаментальных взаимодействий, в котором участвуют все элементарные частицы; обусловливает большинство распадов (слабые распады) элементарных частиц, взаимодействия нейтрино с веществом и др. В слабом взаимодействии нарушается пространственная четность (зеркальная симметрия) и временная обратимость.
      Соответствия принцип - принцип, согласно которому теория должна переходить в предшествующую, менее общую, в тех условиях, прн которых эта предшествующая была установлена.
      Спин - собственный момент количества движения частицы, не связанный с движением частицы как целого, измеряется в единицах постоянной Планка h и может быть целым или полуцелым.
      Спинор - величина, изменяющаяся по определенному закону при повороте системы координат. Из спинорных величин можно составить квадратичное выражение, ие изменяющееся при поворотах (скаляр), а также величину, изменяющуюся как вектор.
      Спиральность - проекция спина частицы на направление движения. Если спин направлен против движения частицы, спиральность отрицательная («левая»); если по движению - спиральность положительная («правая»). У электрона спиральность может иметь разные значения в зависимости от условий эксперимента. У частиц с массой, равной нулю, спиральность имеет определенное значение: так, у нейтрино она отрицательная: нейтрино - «левая» частица, а антинейтрино - «правая».
      Стационарное состояние - устойчивое состояние квантовоме-ханической системы, в котором все характеризующие систему физические величины ие зависят от времени.
      Странность - целое (в частности, нулевое) положительное или отрицательное квантовое число, характеризующее адроны. Странность частиц и античастиц отличается по знаку. Странность нарушается в слабом взаимодействии.
      Странные частицы - элементарные частицы с неравной нулю странностью (например, Н-барион, К-мезон и др.).
      Тензорные величины - величины, которые преобразуются прн поворотах, как произведения векторов.
      Тонкой структуры постоянная - определяет взаимодействие электрических зарядов с фотонами: a=e2/hc=l/137.
      Фазовый переход - переход вещества из одного состояния в другое, отличающееся характером симметрии (параметром порядка). Например, переход жидкость-кристалл.
      Ферми-поля - поля, описывающие частицы со спином 1/2.
      Физо опыт - измерение скорости света в движущейся жидкости (1851).
      Флуктуации - случайные отклонения физических величин от их средних значений, вызываемые тепловым движением или квантово-механической неопределенностью.
      Фотон - квант электромагнитного поля, нейтральная элементарная частица с нулевой массой и спином 1; переносчик электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами.
      Фотоэффект - вырывание светом электронов из атома или протонов из ядра (ядерный фотоэффект).
      Хромодинамика -¦ теория, описывающая динамику взаимодействующих глюонов и кварков.
      Цвет - квантовое число, характеризующее цветовое состояние кварка.
      Черная дыра - космический объект, образующийся при гравитационном коллапсе массивных звезд. Излучение черной дыры заперто гравитацией, обнаружить ее можно лишь по тяготению или по тормозному излучению газа, падающего извне.
      Черное излучение - равновесное излучение внутри замкнутого ящика с нагретыми стенками.
      Четность - квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции физической системы или элементарной частицы при зеркальном отражении; если при таком преобразовании волновая функция не меняет знака, четность положительна; если меняет - отрицательна.
      Шрёдингера уравнение - основное уравнение нерелятивистской квантовой механики; позволяет определить возможные состояния системы, а также изменения состояния во времени (Э. Шрёдингер, 1926).
      Электродинамика - описывает динамику электромагнитного поля, взаимодействующего с заряженными частицами.
      Электромагнитное взаимодействие - взаимодействие заряженных частиц через электрические и магнитные поля. На квантовом уровне - взаимодействие за счет обмена виртуальными фотонами. Определяет силы между ядрами и электронами в атомах и молекулах, приводит к излучению и поглощению электромагнитных волн заряженными частицами.
      Эфир - гипотетическая среда, вводившаяся в XVII-XIX веках для обозначения законов распространения света.
      Янга-Миллса уравнения - уравнения, описывающие динамику глюонного поля.
      СОДЕРЖАН И Е
      НАУЧНЫЙ МЕТОД ПОЗНАНИЯ ……….. 6
      От догадки до истины……………. 7
      «Другому как понять тебя?..»………… 7
      «Наука - это истина, помноженная на сомнение»….. 10
      «Хочется верить, но иет оснований»………. 12
      Как рождаются легенды…………… 14
      «…Беда, коль пироги начнет печи сапожник…»…… 20
      Отличима ли истина от лжи?…………. 22
      «Сомнение доставляет мне не меньшее наслаждение, чем
      знание». … …………… 23
      «Чтобы не нарушить, не расстроить, чтобы ие разрушить, а
      построить…»…………….. 24
      «Штатские люди любят судить о предметах военных…». … 27
      «Я видел утку и лису, что пироги пекли в лесу…»….. 30
      Как создаются теории…………… 33
      Выбор направления …………….. 36
      Инструменты познания …………… 38
      Яйцо из курицы или курнца из яйца?………. 40
      Не насиловать природу, а спрашивать ее…….. 42
      «Только полнота порождает ясность, но истина скрывается в
      бездне»………………. 46
      Заблуждения ……………… 49
      «Незнание не довод, невежество не аргумент»…… 49
      «-Трудно представить себе, чтобы иа коне жили мыши…» . 52 «На удочку насаживайте ложь и подцепляйте правду па
      приманку…»…………….. 53
      О ПСИХОЛОГИИ НАУЧНОГО ТВОРЧЕСТВА….. 58
      Побуждения к научному творчеству……….. 59
      Любопытство, самовыражение, самоутверждение…… 60
      Способность удивляться и научные парадоксы …… 61
      Ощущение красоты……………. 68
      Подводные камни …………….. 68
      «Важнее как размышлять, чем о чем размышлять»….. 69
      Признаки «великого открытия»………… 70
      Суеверия и легенды……………. 71
      Надо ли понимать заранее?…………. 72
      «Служенье муз не терпит суеты…»……….. 73
      Сколько ангелов поместится на кончике иголки?….. 75
      Воздайте гениям по заслугам!………… 77
      «Вижу бороду, но не вижу философа»……… 79
      Секреты ремесла……………… 83
      Невидимые миру слезы………….. 83
      Обузданная фантазия…………… 85
      Стиль научной работы……………. 88
      «Достоверные» и «недостоверные» работы…….. 90
      Стиль конца XX века……………. 93
      Роль вычислительных машин…………. 94
      Здравый смысл……………… 98
      «Я советов не даю, но все-таки скажу…»…….. 101
      Иногда ошибка видна сразу…………. 102
      Логический анализ……………. ЮЗ
      О КРАСОТЕ НАУКИ ………….. 105
      Поиски красоты ……………… 106
      Алгебра и гармония……………. 106
      Красота логических построений ………… 108
      Скрытая красота…………….. 112
      Симметрия……………….. 114
      Природа не терпит точных симметрии……… 121
      Объять необъятное……………. 123
      Симметрично ли пространство? ………… 125
      Законы сохранения вытекают из симметрии пространства и
      времени………………. 125
      Почему сердце слева?……………. 127
      Нарушение зеркальной симметрии в слабых взаимодействиях . 130
      Зарядово-зеркальная симметрия. Антимиры…….. 131
      Внутренняя симметрия …………… 134
      Калибровочная инвариантность ………… 134
      Неотличимость одинаковых частиц………. 136
      Изотопическая симметрия………….. 138
      Странность……………….. 138
      История одной симметрии ………….. 140
      Начало истории……………… 140
      Кварки………………… 141
      Кварки нужно раскрасить!………….. 142
      Кварки не могут жить друг без друга……… 144
      Поле, склеивающее кварки…………. 145
      Забытый клад……………… 148
      КАК РАБОТАЮТ ФИЗИКИ………… 152
      Задачи физики ……………… 153
      Экспериментаторы и теоретики………… 153
      Физика и математика……………. 155
      Пути развития……………… 157
      Как создавалась квантовая теория? ………. 158
      Начало квантовой эры…………… 159
      Волна или частица?……………. 160
      Постулаты Нильса Бора…………… 161
      Догадка де Бройля……………. 162
      Квантовая механика ……………. 162
      Координата или скорость?………….. 165
      Физический смысл волновой функции……… 167
      238
      Нарушается ли причинность?…………. 168
      Состояние частицы можно изменить, не прикасаясь к ней! . 170
      «Исправить можно, но будет хуже…»………. 175
      Вычисления без вычислений …………. 178
      Размерные оценки ……….
      Обобщенный осциллятор……..
      Как угадать решение?……….
      Поправки к электродинамике в сильном поле
      Квантовая теория частиц и полей …..
      Квантование атома………..
      Квантование вращения………
      Квантовый осциллятор……….
      Квантование поля ………..
      ПУСТОТА, ЯДРА, ЗВЕЗДЫ………… 197
      Как устроена пустота? …………… 198
      Можно ли толкнуть не прикасаясь?………. 198
      Электромагнитные свойства пустоты………. 200
      Эфир умер - да здравствует эфир!………. 202
      Квантовая механика вакуумных полей……… 203
      Ливни частиц……… …….. 205
      Мерцание геометрии……………. 206
      Неустойчивость вакуума и необычные состояния ядерного вещества ……………….
      Фазовые переходы……………..
      Фазовые переходы вакуума………….
      Пионная конденсация …………….
      Неустойчивость ядерного вещества при большой плотности .
      Пионная степень свободы…………..
      Возможное существование сверхплотных и нейтронных ядер . Возможные пути обнаружения аномальных ядер…..
      Судьба нейтронных звезд …………..
      Ярче ста миллиардов солнц………….
      Нейтронная жидкость……………
      Открытие пульсаров …………….
      Пульсары - нейтронные звезды………..
      Пионная конденсация в нейтронной жидкости……
      Черные дыры . ………………
      Кварковые звезды……… ……..
      Словарь терминов……………..
      179 181 183 184
      186
      186 188 190 193
      207
      208 210 21 213 214 21 21
      21
      21 22 22 22 22 22 22 22
      Мигдал А. Б.
      М57 Поиски истины. - М.: Мол. гвардия, 1983. - 239 с, ил.- (Эврика).
      В пер.: 60 к. 100 ООО экз.
      В книге академика А. Мигдала рассказывается о научном методе познания и психологии научного творчества, о профессии физика и о том, как зарождались и развивались важнейшие идеи физики XX века.
      ИБ М 3364
      Аркадий Бенедиктович Мигдал
      ПОИСКИ ИСТИНЫ
      Редактор Л. Дорогова
      Художник С. Твнив
      Художественный редактор В. Неволив
      Технические редакторы Н. Балашова, Е. Брауде
      Корректоры Т. Пескова, В. Назарова
      Сдано в набор 19.01.83. Подписано в печать 03.11.83. А00240. Формат 84X108732. Бумага типографская N 2. Гарнитура «Литературная». Печать высокая. Усл. печ. л. 12,6. Учетно-изд. л. 13.1. Тираж 100 000 экз. (50 001 - 100 000 экз.). Цена 60 коп. Заказ 2138.
      Типография ордена Трудового Красного Зиаменн издательства ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия». Адрес издательства н типографии: 103030, Москва. К-30, Сущевская. 21.
      М
      1403000000-281 078(02)-83
      276-83
      ББК 72 001